據市場(chǎng)研究機構The Information Network調查，2008年全球MEMS應用市場(chǎng)增長(cháng)率達到了11%，市場(chǎng)規模約78億美元，其中MEMS在消費電子應用比例接近50%，整體市場(chǎng)規模將近35億美元。該機構預測，到2012年，全球MEMS應用市場(chǎng)規模將達154億美元，其中MEMS消費性電子應用規模更可增長(cháng)到71億美元。

 

另一家市場(chǎng)研究機構iSuppli也指出，手機將是MEMS技術(shù)下一個(gè)最具潛力的應用市場(chǎng)，增長(cháng)幅度預計可超過(guò)汽車(chē)傳感領(lǐng)域和電腦周邊，到2012年，MEMS在手機領(lǐng)域的應用規模更可一舉達到8.669億美元，出貨量可達2.009億顆。

 

MEMS市場(chǎng)的研究權威Yole Development更認為，2012年MEMS在手機應用的整體市場(chǎng)規模有機會(huì )上看25億美元。

 

當然，要將MEMS運動(dòng)傳感器技術(shù)真正導入消費電子應用，也并非一件容易的事情，首要任務(wù)就是克服價(jià)格與技術(shù)成熟度的問(wèn)題。不過(guò)，有Wii和iPhone熱賣(mài)在前，市場(chǎng)和主要芯片供應商一致看好該項技術(shù)的成長(cháng)潛力。

 

 

MEMS運動(dòng)傳感器囊括多種傳感器技術(shù)。用來(lái)測量物體加速度的傳感器叫做加速度傳感器（加速度計）；用來(lái)測量物體角速度的傳感器叫做角速度傳感器（陀螺儀）；也有將二者相結合的慣性測量單元（IMU；Inertial Measurement Unit）。另外，還有測量高度變化的氣壓計，以及感測絕對方向的電子羅盤(pán)。

 

目前由于價(jià)格因素，市面上出售的運動(dòng)傳感器大都是加速度計。據iSuppli調查顯示，2008年加速度計的出貨量較2007年增長(cháng)了將近2倍，預計2009年的出貨增長(cháng)率可望達到40%左右。

 

而陀螺儀的研發(fā)雖然早于加速度計，但是因為設計結構較為復雜，單價(jià)始終偏高，在市場(chǎng)上的普及程度反而不如加速度計。據iSuppli調查顯示，陀螺儀至少要到2010年之后，才會(huì )有比較明顯的市場(chǎng)需求出現。不過(guò)，陀螺儀的用途仍然很廣。而隨著(zhù)制造與整合技術(shù)的進(jìn)步以及市場(chǎng)需求的增加，集加速度計與陀螺儀于一身的IMU芯片，未來(lái)必將成為運動(dòng)傳感器真正的王者。

 

 

加速度計的類(lèi)型主要有四種：壓阻式、電容式、壓電式和熱對流式。

 

·壓阻式：結構簡(jiǎn)單，實(shí)現較為容易，特別適合用來(lái)測量低頻加速度應用。不過(guò)，這類(lèi)傳感器的電阻值易隨溫度變化而產(chǎn)生零位漂移及靈敏度漂移，需要進(jìn)行補償。

 

·電容式：由于利用電容效應，因此分辨率相當高，也具有很高的靈敏度及量測范圍，其動(dòng)態(tài)響應時(shí)間短，適合高頻的加速度應用。而且可靠性高，能夠在高溫、高壓、強輻射及強磁場(chǎng)等惡劣的環(huán)境中工作，也能耐受極大沖擊，適用范圍極廣。同時(shí)由于電容式為非接觸式量測，所以使用壽命可以很長(cháng)。另外，電容式技術(shù)能夠通過(guò)回授控制來(lái)讓加速度計的振動(dòng)結構維持在線(xiàn)性操作區域，此特性有助于改善傳感器的靈敏度，也能提升其穩定性。不過(guò)，電容式加速度計采梳狀結構，在生產(chǎn)設計具有相當難度，并不容易掌握。

 

·壓電式：雖然也能做到回授控制的要求，而且具有體積小、響應速度快、位移量小和消耗功率低等特色，但由于硅半導體并非壓電材料，而一般的壓電工藝不兼容于IC標準工藝，因此在商業(yè)化上仍有許多困難需要克服。

 

·熱對流式：利用一個(gè)加熱的重氣泡在加速度影響下的運動(dòng)來(lái)探測加速度。該方式因為采用熱傳導原理，其結構中并沒(méi)有可動(dòng)部分，所以不會(huì )出現粘連、顆粒等問(wèn)題，而且能承受50000g以上的巨大沖擊，也具有低成本優(yōu)勢。不過(guò)，它對環(huán)境溫度的變化更為敏感，響應頻率也無(wú)法太快，也有功耗偏高的限制。此外，此類(lèi)傳感器只能做到二軸的感測能力，尺寸也比電容式及壓電式大。

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陀螺儀的類(lèi)型主要包括音叉式、雙質(zhì)量振動(dòng)式、半球諧振式、環(huán)式及梳狀驅動(dòng)諧振式等。

 

這些技術(shù)有一個(gè)共同點(diǎn)，即它們都是以振動(dòng)塊而非傳統的旋轉塊（rotating mass）為基礎。主要原因是MEMS技術(shù)中難以做出全程旋轉的結構，而使用振動(dòng)方式并通過(guò)科里奧利效應（Coriolis Effect）的計算，也同樣能夠獲得角速度變化的測量。在此結構中，振動(dòng)塊為驅動(dòng)端，另外還會(huì )有感測端，將物理變化量傳送出去。

 

為了形成諧振的動(dòng)作，必須采用適當的材料，包括硅晶、陶瓷、石英等，其中以石英的性能最佳（可靠性、靈敏度、抗溫度漂移），但以硅晶的成本最低，且能采用標準的CMOS芯片工藝。

 

 

制造的材料不同，所使用的工藝也不同。利用石英制造的代表廠(chǎng)商，例如日本的Epson Toyocom，該公司以石英（QUARTZ）材料的穩定性，結合了MEMS制造技術(shù)，在2006年推出了“QMEMS”技術(shù)。根據該公司對QMEMS的描述就是：通過(guò)微加工技術(shù)，使水晶材料具備機械、電子、光學(xué)、化學(xué)等方面的特性，并增加高精度、高穩定附加值的技術(shù)。

 

為此，工程師采用類(lèi)似于生產(chǎn)芯片的制造技術(shù)，但使用光罩蝕刻制造時(shí)，平坦度的要求會(huì )變得更加嚴格。此外，半導體生產(chǎn)設備必須調整成能適合處理石英原料，而非原先所使用的硅晶。首先，光刻膠的薄膜平放在晶圓上，在晶圓上有用來(lái)完成元件設計的光感應式光罩。平面光罩下當執行紫外線(xiàn)曝光流程后，便可產(chǎn)生出曝光和未曝光的區域，然后不需要的區域可藉由化學(xué)洗劑的幫助來(lái)蝕刻掉，留所需的形狀。最后，此晶圓會(huì )進(jìn)行切割并被切成小方塊，所生產(chǎn)出來(lái)的MEMS芯片就可以進(jìn)行封裝了。

 

但是，為了壓低MEMS運動(dòng)傳感器的價(jià)格，擴大其市場(chǎng)應用范圍，一種利用既有標準CMOS工藝來(lái)生產(chǎn)MEMS產(chǎn)品的技術(shù)便應運而生。這種名為CMOS-MEMS的技術(shù)無(wú)需特殊的生產(chǎn)設備，可直接在既有的半導體生產(chǎn)流程上完成MEMS的產(chǎn)品。相較于過(guò)去MEMS產(chǎn)品必須先在自有廠(chǎng)房?jì)韧瓿蓹C械結構的生產(chǎn)模式，CMOS-MEMS技術(shù)對于量產(chǎn)、系統整合和低價(jià)化更有優(yōu)勢。

 

不論是加速度計或陀螺儀，最常見(jiàn)也是最可行的作法都是將MEMS機械結構與負責信號調整與測量的電路分開(kāi)設計，再通過(guò)封裝的方式整合在一起，封裝上可以采取堆?；虿⑴牌渲幸环N方式。專(zhuān)家表示，機械與電路是兩個(gè)差異性很大的元件，要將之結合存在很大的障礙，如果機械與電路一定要強行結合，那么將會(huì )犧牲性能。采用分開(kāi)設計的方式，在性能與質(zhì)量上更有保障，因此分開(kāi)設計是最好的方式。

 

不過(guò)，晶圓級的整合畢竟能夠提供更優(yōu)異的元件緊湊度，有助于降低尺寸與量產(chǎn)成本，也能減少額外元件及阻抗損耗，以及封裝、測試上的成本，所以MEMS元件還是會(huì )朝向單芯片的方向發(fā)展。據了解，目前有些IDM大廠(chǎng)，如ADI、Infineon等已可做到CMOS-MEMS的單芯片工藝技術(shù)。這是因為ADI、Infineon擁有MEMS和電路的所有技術(shù)，所以能將其MEMS工藝放在整個(gè)生產(chǎn)流程的中段。而像臺積電、聯(lián)電等臺灣的晶圓代工廠(chǎng)，雖然也有CMOS-MEMS工藝，但是都偏向于先做完CMOS的IC電路，再完成MEMS的結構。